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      激光清洗在芯片行業的應用
      材料來源:水滴激光           錄入時間:2022/9/22 21:16:57

      一個月前的2022年8月9號,美國總統拜登正式簽署了《芯片與科學法案》。在對美國半導體產業進行542億美元的扶持之下,法案也明確表示:“受到補貼的企業十年內不能在中國及相關國家就半導體產業進行重大擴張”。同時美國還與韓國等其他半導體產業強國結成芯片聯盟,動作頻繁。

      未來我國發展國產芯片替代進口芯片已成定局,相關產業應用亟待發展。水滴激光作為國內激光清洗領域的領軍者和先行者,也在持續的投入研發成本,探索著激光清洗在芯片制造業中應用的可能,希望為加快我國半導體行業的發展盡綿薄之力。

      晶圓清洗工藝

      在芯片制造業中,半導體清洗貫穿產業始終,步驟占總生產流程30%以上,是影響晶圓片質量和芯片性能的關鍵工藝,擁有400億以上的市場空間。雖然在重要性和設備市場規模上不如光刻機等核心設備,但作為不可替代的一環,對芯片生產的良品率和廠商經濟效益都有著至關重要的影響。

      目前隨著芯片制造工藝先進程度的持續提升,對晶圓表面污染物的控制要求不斷提高,每一步光刻、刻蝕、沉積等重復性工序后,都需要一步清洗工序,可以確定的是,清洗工序是所有工藝中出現次數最多的,且未來還將進一步增加。

      晶圓清洗工序簡圖

      在2018年工藝節點達到10nm時,硅片對清洗參數的要求就達到了一定高度:表面顆粒及COP密度小于0.1個/c㎡,表面臨界金屬元素密度小于2.5*10⁹at/c㎡。目前國內企業少數能做到14nm的工藝節點,而像臺積電、三星等已經可量產3nm,在向2nm發起沖擊,對清洗的要求只會更高。

      目前晶圓片的清洗方式有浸泡、旋轉噴淋、機械刷洗、超聲、兆聲、等離子、氣相、束流等,主要采用濕法清洗和干式清洗相結合的方式,濕法清洗是主流,但會對材料有輕微損害,例如產生圖形損傷、COP(100nm左右的空洞)等,干法清洗作為更加清潔的清洗技術在產線中部分應用,前景更加被看好。

      激光清洗作為干法清洗的一種,對于晶圓片生產工序中表面的污染——如粉塵顆粒、金屬、有機物、氧化物等都有良好的清洗效果,且精度效果更加可控,但目前國內尚無較為成熟的應用實例,水滴激光拋磚引玉,分享我們對晶圓片表面粗加工的試驗工藝報告,希望未來激光清洗能進一步參與到芯片制造環節中。

      水滴激光晶圓清洗報告

      清洗對象:晶圓試片

      激光清洗系統:水滴激光清洗系統

      客戶要求:清除晶圓表面覆蓋物,露出晶圓基材

      試驗過程:

      1)樣品表面狀態分析

      晶圓原始表面有兩層覆蓋物,頂層為透明的玻璃,玻璃下面為黃綠色漆層。如圖1所示。樣品邊緣有一些分布不均勻的白色物質。

      圖1 樣品原始表面狀態

       

      2)工藝窗口研究

      表1為試驗過程采用的激光清洗工藝參數,圖2、圖3分別為對應的不同參數下激光清洗表面宏觀形貌及微觀形貌。

      通過優化激光清洗工藝參數,晶圓表面的覆蓋物需要分層清洗三遍,第一遍采用TS1參數去除晶圓表面的玻璃層,第二遍和第三遍采用TS2參數去除晶圓表面的漆層。清洗效果如圖2所示。

      實驗過程采用較高功率參數,嘗試通過清洗兩遍工藝去除晶圓表面覆蓋層,發現存在無法清洗干凈或損傷晶圓基材的現象,目前的實驗通過三遍清洗效果最佳。

      表1 激光清洗工藝參數

      圖2 不同工藝參數激光清洗后晶圓表面宏觀形貌

      圖3為不同工藝參數激光清洗得到的晶圓表面顯微形貌,TS1參數激光清洗后,樣品表面的玻璃層完全去除,露出底部漆層。TS2參數清洗一遍,得到的晶圓表面有漆層殘留,TS2參數清洗兩遍,晶圓表面的漆層可以完全清除干凈,露出晶圓基材。激光清洗后需要后續進一步測試,以判斷該晶圓表面狀態是否滿足生產要求。

      激光清洗作為新興的工業清洗技術,在國內目前還未曾聽到有實際應用在晶圓片生產工藝中的例子。但在水滴激光做的初步清洗試驗中可以看出,激光清洗在半導體領域還是大有可為的,只是之前未曾有人做前期的技術嘗試。我們后面會進一步探索激光清洗在芯片制造中應用的可能,為中國半導體行業發展助力。

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